1. 서 론
2. 본 론
2.1 공동주택 구조유형별 층간소음 전파 메카니즘 분석
2.2 층간소음 유형 분류 및 대응 신호 특성 정의
2.3 ANC를 이용한 층간소음 제어 알고리즘
2.4 ANC를 이용한 층간소음 제어 효과 시뮬레이션
2.5 표준시험방법에 의한 ANC를 이용한 층간소음 제어 효과 분석
3. 결 론
1. 서 론
우리나라는 공동주택의 비중이 매우 높고, 급속한 도시화와 인구밀도 증가로 인해 공동주택 내 층간소음 문제가 사회적으로 큰 문제로 부각되고 있다. 이로 인해 국토교통부에서는 ‘공동주택 층간소음의 범위와 기준에 따른 규칙’에서 데시벨(dB) 단위로 표현되는 등가소음도를 기준으로 주간에는 43 dB, 야간에는 38 dB의 기준을 2023년 1월 2일부로 39 dB와 34 dB로 각각 하향 조정하였다. 또한 2022년부터는 아파트의 층간소음 문제를 줄이기 위하여 현재 완충재 자체의 소음차단 성능을 사전에 인증받는 평가방법의 한계를 인식하고 아파트 완공 후 실제로 바닥충격음을 어느 정도 막을 수 있는지를 직접 측정하는 시공 후 사용허가 전 층간소음 차단 성능을 확인하는 ‘층간소음 사후 확인제’가 도입을 준비하고 2023년부터 시범단지를 운영하고 있다. 이처럼 층간소음은 실생활에 매우 민감하게 연관되어 있는 문제이지만, 대부분 층간소음 저감 방법은 충격음을 완충하는 방식의 접근방식이 적용되고 있어, 이미 건설된 공동주택에는 적용하기 어려운 한계가 있다(Park et al., 2022).
한편 일상적으로 공동주택의 바닥에 가해지는 충격에는 사람의 보행, 어린아이들의 뛰어다니는 행위를 비롯하여 건물 안의 계단 또는 복도의 발소리, 문 여닫는 소리, 각종 가구의 이동, 각종 집기의 낙하충격 등 수많은 종류가 있으며, 공기를 매체로 하여 전달되는 공기 전달음보다 상부층에서 발생한 바닥 충격이 바닥, 벽체 등의 고체 구조물을 통하여 하부층으로 전달되는 고체 전달음이 보다 큰 문제로 인식되고 있다. 이러한 고체 충격음은 주파수 대역에 따라 경량충격음과 중량충격음으로 구분된다. 슬래브 두께 증가, 바닥 구조 개선, 완충재 적용 등 일반적으로 층간소음 대책으로 강구되는 구조적인 방법은 경량충격음 저감에는 유효하지만 중량충격음 저감에는 효과가 미미한 것으로 알려져 있으며, 실제로 층간소음 분쟁의 주요 유형은 중량충격음인 것으로 나타나고 있다(KICT, 2013). 따라서 중량충격음 저감을 위해서는 기존의 대책과는 다른 방식의 제어방법 검토가 필요할 것으로 판단되며, 이를 위해 본 연구에서는 발생된 소음의 역위상 음향을 발생하여 소음을 상쇄시키는 능동소음제어(Active Noise Control, ANC) 기술을 사용한 층간소음 저감효과를 분석하였다. 이를 위해서는 바닥충격으로 인한 진동가속도와 소음을 측정하고 Filtered-x Least Mean Square(Fx-LMS) 알고리즘을 통해 제어음을 생성하는 능동소음제어 방식을 적용하였으며, 표준 층간소음 성능시험 방법인 KS F ISO 16283-2와 ISO 717-2를 적용하여 소음저감 효과를 정량적으로 분석하였다.
2. 본 론
2.1 공동주택 구조유형별 층간소음 전파 메카니즘 분석
벽식 구조에서의 바닥충격음은 내력벽이 매개체가 되어 전체 충격음의 약 40%가 전달되지만, 기둥식 구조는 소음을 전달하는 내력벽이 존재하지 않아 소음 전달량이 감소하는 경향이 있는 것으로 보고되고 있다. 또한, 벽식 구조에서의 충격음은 충격원 하부에 소음이 집중되는 반면, 기둥식 구조에서의 충격음은 슬래브 전체로 전이됨으로서 충격력이 분산되어 하부에서의 소음도는 상대적으로 높지 않은 특징이 있다. 층간 공기전달음의 경우에도 벽식 구조에서는 발생된 소음이 대부분 하부로 전달되는 특성이 있으나, 기둥식 구조에서는 1.6~6.5%까지 전달이 감소하는 것으로 알려져 있으며, 기둥식 구조가 벽식 구조 대비 고유진동수가 상대적으로 저주파수 대역에 존재하기 때문에 중량충격음과의 공진에 더 유리한 것으로 알려져 있다(KICT, 2013).
기존의 연구에 의하면 라멘식이나 무량판식 구조의 공동주택은 대체적으로 중량충격음 기준을 충족하는 것으로 나타났으며, 층간소음 문제에 가장 취약한 구조는 벽식 구조로 조사된 바 본 연구에서는 벽식 구조의 공동주택에서 발생하는 층간소음을 대상으로 하여 소음 저감 시스템을 적용하고 그 효과를 분석하였다.
2.2 층간소음 유형 분류 및 대응 신호 특성 정의
바닥 충격음은 광대역폭의 복합음으로 여러 개의 폭넓은 주파수 성분을 나타낸다. 바닥 충격음 크게 경량충격음과 중량충격음으로 구분할 수 있으며, 경량충격음은 망치질, 가구 끄는 소리 등 바닥/벽체의 진동을 통해 전달되는 약 125~2,000 Hz 대역의 소음인 반면, 중량충격음은 뛰는 소리, 발걸음 소리 등 바닥/벽체의 진동을 통해 전달되는 약 63~500 Hz 대역의 소음으로 정의된다. 경량충격음에 있어서 인간이 느끼는 반응은 최대소음치(peak)에 의한 영향이 크며, 중량충격음은 최대 소음치 뿐 아니라 소음 발생이후의 진동과 울림도 영향을 미치며 저주파 대역에서의 소음도가 매우 크고 상대적으로 고주파 대역으로 갈수록 소음도가 낮아지는 특성이 있다.
한편 ANC기술은 최근 연산/신호처리 기술발전으로 인해 다양한 분야로 확대 적용되고 일반화 되고 있으며(Kuo and Morgan, 1999; Elliott, 2008; Duan et al., 2014; Oh et al., 2018; Kim and Altinsoy, 2022), ANC기술은 음파의 주기가 길어 상대적으로 제어음의 생성이 용이한 저주파 소음 제어에 효율이 높아 층간소음 중 구조적 기술로 해결이 어려운 중량충격음 제어에 효과적으로 적용할 수 있을 것으로 판단하였다(Kwon et al., 2014). 본 연구에서는 층간소음 표준시험시설에서 KS F 2863-2의 ‘건물 및 건물 부재의 바닥 충격음 차단 성능 평가 방법 - 제2부：표준 중량 충격원에 대한 차단 성능’에 따라 임팩트볼에 의한 소음을 측정하고, 이를 바탕으로 소음제어 시뮬레이션을 실시하였으며, Fig. 1에서와 같이 일정 주파수 이상의 고주파는 소음에 거의 기여하지 않는 것으로 나타났으며, 일정 주파수 이하의 저주파도 소음에 크게 기여하지 않는 것으로 분석되었다. 따라서 본 연구에서는 ANC 기술을 이용하여 소음저감을 시도할 대응 신호대역은 특정 범위의 주파수 대역을 설정하는 것이 효과적일 것으로 판단하고, 시뮬레이션 결과를 바탕으로 ANC 시스템의 소음저감 대상 주파수 구간을 40~500 Hz 대역으로 설정하였다.
2.3 ANC를 이용한 층간소음 제어 알고리즘
본 연구에서는 ANC를 이용하여 층간소음 제어할 때 상부 세대에서 발생한 중량충격음을 제어하는 반면, 하부 세대에서 발생하는 대화 소리, TV 소리 등과 같은 생활음에는 ANC가 간섭하지 않아야 하는 것과 층간소음 특성상 슬래브의 진동과 발생 소음의 높은 상관관계를 고려하여 슬래브에 직접 가속도계를 부착하여 진동을 감지하고 이를 통해 즉각적으로 역위상의 음향을 생성하는 피드포워드(feedforward) 제어 방식을 적용하였다. 피드포워드 제어방식이란 소음 가진원과 관련된 입력신호를 제어기에 제공하여 제어기를 이를 고려한 제어 신호를 생성하는 시스템으로 이름처럼 제어 전에 입력 신호를 고려하는 방식으로 피드포워드 제어 알고리즘은 Fig. 2와 같다. 여기서 Primary path는 소음원으로부터 발생한 진동이 공기 또는 구조물을 통하여 사람의 귀로 전달되는 소음전달 경로이며, secondary path는 측정된 소음 혹은 진동을 통해 생성시킨 역위상의 제어음이 사람의 귀까지 전달되는 경로이다. 본 연구에서는 Fig. 3과 같이 Fx-LMS(Filtered-x Least Mean Square) 알고리즘을 기반으로 하는 적응형 필터(adaptive filter)를 사용하였으며, 적응형 필터의 계수를 지속적으로 업데이트함으로써 측정된 소음과 생성된 제어음 간의 오차를 최소화하는 방법을 도입하였다. 오차의 측정은 마이크로폰으로부터 계측된 소음과 생성시킨 소음의 역위상인 제어음을 비교함으로써 분석이 가능하며, 이 오차가 최소화 되도록 계수 업데이트가 지속적으로 수행되어 적응형 필터가 최적으로 작동되도록 구성하였다.
본 연구에서 적용된 Fx-LMS 알고리즘 블록도는 Fig. 4와 같다. 여기서 는 primary path로서 가속도계 신호 으로부터 제어지점에 설치된 마이크로폰 위치의 원소음신호 까지의 소음 전파 시스템이며, 는 secondary path로서 ANC 제어기 출력신호 으로부터 마이크로폰 위치의 제어신호 까지의 음향 전파 시스템이다. 즉, 가속도 신호 가 입력되면 적응형 필터 를 통과하여 제어 출력 이 생성되고, 이 신호는 스피커에서 방사되어 제어 공간 내 공기의 파동 형태로 전파하여 마이크로폰 위치에서 원소음신호 를 상쇄하게 되며, 적용된 Fx-LMS 알고리즘에서는 FIR(Finite Impulse Response) 필터 형태로 근사하여 모델링한 를 활용하여 가속도계 신호 를 필터링한 후 적응형 필터 를 업데이트를 수행하게 된다. 본 연구에서 사용되는 제어 신호 생성 알고리즘은 다음과 같다(Nam et al., 2022).
여기서, 는 가속도계의 채널 수, 는 스피커()의 채널 수, 은 마이크로폰()의 채널 수, 는 필터 길이이며, 는 Secondary Path 길이이다.
한편, secondary path 모델링은 Fig. 5와 같이 1 kHz 까지의 대역제한 랜덤 노이즈를 이용하여 시스템을 가진하고 LMS 알고리즘을 활용하여 시스템을 식별하는 방식으로 충분한 수렴과정을 통해 모델링하였다(Nam et al., 2022).
2.4 ANC를 이용한 층간소음 제어 효과 시뮬레이션
현장 표준시험에 앞서 층간소음 저감 효과의 최적화를 위한 secondary path 모델링 및 필터 수렴을 위한 시뮬레이션을 Table 1과 같이 수행하였으며, 본 연구의 시뮬레이션에는 Matlab으로 구현한 Fx-LMS 알고리즘을 적용하였으며, 기존 연구(Nam et al., 2022)에서 측정된 가진 데이터와 소음 데이터를 기반으로 secondary path를 모델링하고 입력 데이터를 알고리즘에 통과시켜 측정된 소음에 대한 역위상 음향을 생성하고 이를 스피커로 출력하여 소음저감 효과를 분석하였다. 각각의 시뮬레이션 조건별 가속도계, 마이크로폰, 스피커의 배치위치는 Fig. 6과 같고, 시뮬레이션 조건별 변수를 정리하면 Table 1같다.
Table 1.
Simulation conditions and ANC specification
| Cases | No. of accelerometer | No. of speaker | Speaker location | Control noise | µ |
| Simulation #1 | 1 | 1 | Bottom slab | 40~500 Hz | 0.5 |
| Simulation #2 | 1 | 5 | |||
| Simulation #3 | 5 | 1 | |||
| Simulation #4 | 5 | 5 |
시뮬레이션 결과는 ANC 제어 후의 소음 에 대한 파워스펙트럼밀도(Power Spectral Density, PSD)를 원소음 의 PSD와 비교하였으며, 소음원을 측정하는 가속도 신호와 제어 대상 위치의 소음 신호 간의 상관관계가 부족하여 가진하는 위치가 모서리로 바뀔 때마다 평균 층간소음 제어량을 비롯한 소음 저감효과가 감소하는 것으로 나타났다. 가진위치, 가속도계 및 스피커 설치위치가 모두 동일한 경우에는 마이크로폰의 위치와 상관없이 상대적으로 양호한 제어성능이 나타났다. Table 2에서 알 수 있듯이 시뮬레이션 결과 소음저감 효과는 0.8~9.54 dB로 나타났으며, 가속도계를 증가시키더라도 스피커가 부족한 경우에는 제어 성능을 크게 개선하지 못하는 것으로 알 수 있었다. 특히 가속도계와 스피커를 모두 5개 설치한 경우인 Simulation #4의 경우에는 스피커 운영 대수와 가속도계 개수의 증가로 인하여 층간소음 제어성능이 크게 개선된 것을 알 수 있다. 이를 통해 공동주택에서 ANC를 이용하여 층간소음을 감소시키기 위해서는 최소한으로 필요한 가속도계와 스피커의 설치조건을 파악할 수 있었고, 마이크로폰 위치는 제어 성능에 영향을 줄 수 있는 인자이므로 공동주택 거주자의 생활특성을 고려한 시스템 설치 및 운영이 검토하는 실용화 연구는 추가로 수행되어야할 것으로 판단된다. 이상의 시뮬레이션을 통한 소음 저감 효과 분석결과는 다음 Table 2와 같고, 시뮬레이션을 통해 획득한 최적 ANC 제어사양은 다음 Table 3과 같다(Nam et al., 2022).
Table 2.
Results of the reduction effect of impact noise according to simulation conditions
Table 3.
Optimum system condition of ANC from simulation
| Target effect | Number of component | Filter Tabs | Control range | Convergence coefficient | |
| Lw | Ls | ||||
| More than 4 dB |
5 × 5 × 5 (ACC × SPK × MIC) | 2,048 | 4,096 | 40~500 Hz | 0.5 |
2.5 표준시험방법에 의한 ANC를 이용한 층간소음 제어 효과 분석
본 연구에서는 전술한 ANC 시뮬레이션 결과와 기존 수행한 층간소음 및 Secondary Path 수집 데이터를 바탕으로 ANC의 효과분석을 위해 서산에 위치한 한국건설생활시험연구원(KCL)의 옥외실증센터 층간소음 표준시험실에서 수정 ANC 시스템의 소음제어 성능 시험을 수행하였다. 층간소음시험실은 벽식구조의 공동주택을 재현한 층간소음 측정용 수음실로 높이는 1층이 2.43 m, 2층이 2.38 m이며, 5.28 m × 4.68 m의 크기로 총 제적은 56.19 m3이며, 1층과 2층 사이의 슬래브 두께는 180 mm이고, 벽체 두께는 240 mm 이다.
중량 바닥 충격음 측정방법(KS F ISO 16283-2)과 고무공 충격원에 대한 중량 바닥 충격음 평가 방법(ISO 717-2)의 표준시험방법에 의해 ANC 시스템의 작동 전후의 층간소음 저감효과를 평가하였으며, 표준시험방법은 한국건설생활시험연구원(KCL)의 주관 하에 진행되었다. 표준시험방법에 사용된 소음측정 장비는 Table 4와 같다.
Table 4.
Specification of noise measurement device for standard noise measurement test
한편, 표준시험에서 측정된 데이터는 성능평가용으로 제한적으로 사용되기 때문에 본 연구에서 수정된 ANC 시스템의 구동 및 데이터 확보를 위해 마이크로폰과 가속도계 및 스피커를 별도로 설치하여 계측하였다. 본 연구에서 사용된 가속도계는 Analog Device사의 MEMS타입 ADXL 317 Digital accelerometer, 마이크로폰은 Knowles사 Digital microphone을 사용하였으며, 가속도계와 및 앰프는 모두 A2B(Automotive audio Bus) 연결방식으로 자체 개발된 16채널의 데이터 수집장치와 연결하였으며, 48 kHz의 샘플링 속도를 적용하여 데이터를 수집하였다. 시험에 사용된 장비의 사양은 Tables 5, 6, 7에 나타내었다.
Table 5.
Specification of accelerometer
| Model | Axis | Range | Resolution | Data type | Bandwidth | Operating temp. |
| ADXL317 | 3 | ±16 g | 14 bit | 48 kHz I2S/TDM | 500~4 kHz | -40~+125°C |
Table 6.
Specification of microphone
| Model | Directivity | Sensitivity | Operating temp. |
| SPM1423HM4H-B | Omnidirectional | 22 dBFS (94 dB SPL@1 kHz) | -40~+100°C |
Table 7.
Specification of speaker
| Model | Crossover Freq. | Sensitivity | Impedance |
| Polk signature series | 2.5 kHz | 90 dB | 8 ohm output |
2.5.1 표준시험방법에 의한 소음저감 효과 평가
층간소음 측정 및 ANC의 소음저감 효과는 KS F ISO 16283-2 ‘음향-건물 및 건물 부재의 차음성능 현장 측정 방법-제2부 바닥 충격음 차단 성능’에 준하여 실시하였다. 해당 기준에서는 Fig. 7에서와 같이 각 모서리에서 0.75 m 이격된 위치와 중앙에 1.2 m 높이로 마이크로폰을 5개 각각 설치하고, 마이크로폰이 설치된 위치와 동일하게 2층의 중앙을 포함한 각 모서리에서 0.75 m 이격된 위치에서 임팩트볼을 낙하시켜 층간소음을 발생시키게 된다. 본 연구에서는 진동측정 기반의 ANC 기술을 사용하므로, 임팩트볼이 낙하되는 위치와 동일한 위치의 슬래브 하면에 가속도계를 설치하였고, 마이크로폰이 설치된 위치에 제어용 음향 송출을 위한 스피커를 각각 설치하였다. 표준시험 전경은 Fig. 8에 나타내었다.
임팩트볼은 1 m 높이에서 낙하하고 바닥에 튀어 오르는 볼을 잡고 다시 1 m 위치에서 낙하시키는 방법으로 충격음을 발생시키고, 한 위치에서 5번 정도 낙하시험을 연속적으로 수행하고 그 중 3개의 유효한 값만을 사용하여 차음성능을 측정하게 된다. 차음성능은 임팩트볼의 낙하 위치와 상관없이 설치된 5곳의 마이크로폰이 모두 소음을 측정하여야 하며, 이 때 각각의 마이크로폰에서 측정된 값을 합성한 후 차음성능을 평가하게 되는데, 이때 합성은 순간소음최대값()를 사용해야 하며, 표준화 최대 바닥 충격음 레벨 (standardized maximum impact sound pressure level)는 임팩트 볼 충격원으로 발생시킨 충격음의 최대 바닥 충격음 레벨 에서 측정대상 공간의 체적보정치를 더하고 잔향시간 및 ‘F’시간 가중치에 대한 보정항을 뺀 값으로, 다음 식 (7), (8) 및 (9)를 이용하여 계산할 수 있다.
여기서, 는 수음실의 잔행시간, 는 기준 잔향시간, 는 수음실 체적(m3), 는 기준 수음실 체적이다. 또한 고무공 충격원 가진 위치 에 대한 수음실의 에너지 평균 최대 바닥 충격음 레벨 은 식 (10)을 이용하여 계산하도록 규정하고 있다.
여기서, , , …, 는 임팩트 볼 충격원 가진 위치 에 대한 수음실의 수음 위치 곳의 서로 다른 마이크로폰 위치들에 있는 최대 바닥음 레벨이다.
KS F ISO 16283에 준하여 고정 마이크로폰 법으로 수음실 내의 최대 음압 레벨을 시간 보정 특성 를 이용하여 측정한 뒤 배경소음의 영향을 보정한 후, 모든 측정점에서의 최대 음악 레벨을 에너지 평균하여 주파수 대역별 최대 바닥음 충격음 레벨 를 산정하였으며, 임팩트 볼 충격원에 대한 바닥 충격음 평가방법(ISO 717-2:2020)에 준하여 측정된 바닥 충격음 레벨 에 대해 주파수 대역별 특성 청감보정값을 반영한 뒤, 1/3 옥타브 밴드의 각 주파수 대역별 값을 합성한 후 특성 가중 최대 바닥충격음 레벨 을 산정한 결과는 Fig. 9와 같다. 해당 시험 결과는 KCL에서 KS와 ISO 기준에 맞춰 수행한 결과로서 Fig. 9에서와 같이 ANC를 작동하기 전에 측정된 소음은 52 dB이었으나, ANC 시스템을 통해 발생된 소음제어 후에는 48 dB로 측정되어 약 4 dB의 저감효과가 발생한 것을 확인하였다.
2.5.2 주파수 대역별 소음저감 효과 평가
본 연구에서는 한국건설생활시험연구원이 실시한 표준시험 방법과는 별도로 간소음 ANC 시스템을 구성하는 가속도계, 마이크로폰을 활용하여 소음 데이터를 수집하고 ANC 시스템을 가동하여 소음저감 효과를 추가적으로 분석하였다. 측정된 소음을 기반으로 ANC 시스템 가동 전후의 주파수 대역별 소음 레벨의 분석 결과는 Fig. 10과 같다. 전술한 바와 같이 표준시험방법에서는 1/3 옥타브 밴드 방법으로 특정 주파수에 대한 노이즈를 마이크로폰으로 측정한 결과를 조합하여 성능을 평가한 반면, 본 연구에서는 실제 거주자의 체감을 고려하여 분석방법에 따른 성능차를 추가적으로 검토하기 위하여 측정된 소음을 2 Hz의 주파수 간격으로 분해한 후 각각의 주파수 별로 ANC 시스템의 가동 전후의 소음저감을 비교하였다.
Fig. 10은 목표 소음 저감 대역인 40~500 Hz의 제어성능을 표시한 것으로, Fig. 7에서 1번과 3번 위치에서 임팩트 볼에 의한 중량 충격음 발생시에 각각의 마이크로폰에서 측정된 ANC 작동 전후의 소음크기를 보여준다. Fig. 10에서 알 수 있듯이 목표 제어 대역대인 40~500 Hz의 중량충격음에 대한 ANC의 소음저감 효과는 3.67~6.04 dB 수준으로 평가되었고, Fig. 10(f)에서는 중량 충격음 발생 위치에 따른 각각의 마이크로폰에서 제어된 층간소음 저감량을 정량적으로 비교한 결과이다. 현행 주택법에서는 공동주택의 사용승인 단계에서 바닥충격음 차단구조의 성능검사를 실시하도록 하고 있으며, 1급~4급까지 급수별 중량충격음 허용치를 다음 Table 8과 같이 규정하고 있다. Table 8에서와 같이 인정등급에서 한단계를 상향하기 위해서는 4 dB의 소음성능이 향상되어야 하는 것을 알 수 있다. 본 연구에서 수행된 표준시험 결과에서는 4 dB의 층간소음 저감 효과가 공식적으로 확인되었고, 자체적으로 실시한 분석에서도 최대 약 6 dB 수준의 층간소음 저감효과가 있는 것으로 나타나 ANC 기술의 층간소음분야로의 적용가능성을 확인하였다.
Table 8.
Performance level for floor heavy impact sound
| Level | A-weighted maximum floor impact range |
| Level 1 | ≤ 37 |
| Level 2 | 37 < ≤ 41 |
| Level 3 | 41 < ≤ 45 |
| Level 4 | 45 < ≤ 49 |
그러나, 공동주택에 ANC 시스템을 적용할 경우 소음 측정과 역위상 음향 생성은 고정된 특정위치에서 진행되는 반면, 거주자는 특정 고정된 위치에 지속적으로 머무는 것이 아닌 이동충격음이 발생되므로 층간소음 저감분야에서 ANC 기술을 실용화하기 위해서는 소음 저감 효과 영역과 이를 고려한 시스템 설계, 공동주택에 적합한 시스템 설치 방법 등에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다(Nam et al., 2022).
3. 결 론
본 연구를 통해 도출된 결론은 다음과 같다.
(1) ANC 기술을 층간소음 분야에 적용하기 위하여 공동주택에서 발생하는 층간소음 메카니즘과 ANC 기술의 특성을 종합적으로 분석하여 ANC 기술 적용에 적합한 중량충격음을 대상으로 거주자에게 소음영향이 큰 40~500 Hz 대역의 소음을 제어할 수 있는 ANC 시스템을 구성하였다.
(2) 구성된 ANC 시스템에는 Fx-LMS 알고리즘 기반의 적응형 필터를 활용한 피드포워드 방식의 제어기술이 도입되었고, 이를 바탕으로 최적 필터 생성 및 수렴계수 검토를 위해 기존 연구에서 취득한 소음데이터를 바탕으로 ANC 제어 시뮬레이션을 수행하였다.
(3) 시뮬레이션 결과를 바탕으로 최적화된 ANC를 한국건설생활시험연구원의 층간소음 표준시험실에서 KS F ISO 16283-2, ISO 717-2 기준에 맞춰 ANC 시스템 구동 전후의 층간소음 저감효과를 시험하였으며, 그 결과 4 dB의 층간소음 저감효과를 확인하였다.
(4) 표준시험에 사용된 측정장비 외에 층간소음 데이터 확보 및 분석을 위해 과정에서 추가로 가속도계, 마이크로폰, 스피커를 설치하여 ANC 시스템 전후의 소음을 비교하였으며, 목표 제어 대역대인 40~500 Hz의 중량충격음에 대한 주파수별 ANC의 소음저감 효과는 3.67~6.04 dB 수준으로 평가되어 층간소음 인정등급 기준에서 한단계를 상향시킬 수 있는 수준의 효과가 있음을 확인하였다.
(5) 한편 소음저감 효과 분석결과 가속도계, 소음발생 위치, 마이크로폰 위치 등의 상관관계는 뚜렷하게 발견하지 못하였는데 공동주택에 이동충격음이 지배적으로 발생할 뿐 아니라 마이크로폰과 같이 소음을 인지하는 거주자도 지속적으로 이동할 수 있는 환경이므로, 층간소음 저감분야에서 ANC 기술을 실용화하기 위해서는 소음 저감의 효과 영역과 이를 고려한 시스템 설계, 공동주택에 적합한 시스템 설치 방법 등에 대한 추가적인 연구가 필요하다.
